Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les ligands orthostériques transmettent un signal complexe aux cellules en se fixant à l'intérieur de la pochette de liaison de leur récepteur cible. Le changement conformationel qui en résulte modifie l'efficacité du récepteur à recruter et activer les seconds messagers en amont des voies de signalisation, soit les protéines G hétérotrimériques dans le cas des récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs). Ces variations entraînent une vaste gamme de modifications dans le milieu intracellulaire. Par exemple, l'activation de la protéine G q provoque entre autres l'activation de la phospholipase C? (PLC? ), la production d'inositol 1,4,5-trisphosphate (1P3), puis l'activation des protéines kinases C (PKC). L'activation de la protéine G s , pour sa part, stimule l'activité de l'adénylate cyclase (AC), ce qui entraîne la production d'AMPc et l'activation de la protéine kinase A (PKA). Un ligand n'influence pas nécessairement deux voies de signalisation indépendantes de façon similaire, ce qui lui confère la propriété de sélectivité fonctionnelle. Dans ce travail, nous avons caractérisé le profil pharmacologique de ligands orthostériques du récepteur FP de la PGF2? à l'aide d'un clone HEK-293-SL exprimant le récepteur FP de façon stable. La mesure de la production d'IP3 a permis d'évaluer la voie de la PLC alors que la mesure de la production d'AMP c a permis d'évaluer la voie de l'AC. Pour chacune d'entre elles, le fluprostenol s'est comporté comme un agoniste complet moins puissant que l'agoniste naturel. Le composé synthétique Al-8810 s'est comporté comme un agoniste partiel de la voie de la PLC, alors qu'il s'est avéré être un antagoniste de la voie de l'AC. Ces résultats démontrent que l'activité d'un ligand vis-à-vis un récepteur dépend du groupe d'effecteurs observé, ce qui illustre le concept de sélectivité fonctionnelle des ligands. L'étude des composés allostériques THG113 et THG113.824 démontre que ces derniers n'influencent pas la signalisation déclenchée en aval du récepteur FP par son agoniste naturel. Ces résultats suggèrent qu'ils agiraient comme antagoniste des effets de la PGF 2? par un mécanisme indépendant du récepteur FP. [Symboles non conformes]

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le WEB2086 figure parmi les molécules ayant une activité inverse élevée pour le récepteur du PAF. Cette molécule a déjà été utilisée comme traitement pour l'asthme et représente une avenue intéressante pour une potentielle thérapie anti-cancéreuse. Nos résultats suggèrent que le WEB2086 permet la diminution de l'expression de son récepteur, le PAFR.Le même phénomène est observé avec l'agoniste PAF. Ces deux ligands n'ont cependant pas toutes les mêmes caractéristiques pharmacologiques. Nous avons donc décidé d'étudier les différentes voies de signalisation et de circulation intracellulaires activées suite à une stimulation au PAF ou au WEB2086.Le PAFR, qui peut être désensibilisé par les PKC, est phosphorylé suite à une stimulation au PAF ou au WEB2086 par des PKC d'isoformes différentes. Il semble que les PKC [bêta], [thêta] et [zêta] soit préférablement utilisées par le WEB2086, alors que les PKC [delta], [alpha], [epsilon] et [zêta] sont stimulées lorsque les récepteurs sont en mis présence de PAF. Les mécanismes régissant la signalisation et la circulation intracellulaire du PAFR ne sont pas connus. Nos travaux tentent d'élucider ces mécanismes, en comparant les voies de signalisation induites par le PAF et le WEB2086.Le mécanisme de circulation intracellulaire permettant la dégradation du PAFR utilise la voie des endosomes précoces et tardifs lors de la stimulation au PAF. Cependant, le mécanisme est différent suite à une stimulation au WEB2086. Les récepteurs sont ciblés à la dégradation indépendamment du type de ligand utilisé, soit un agoniste ou un agoniste inverse. L'utilisation d'inhibiteurs du protéasome et des lysosomes a permis d'établir que ces deux systèmes sont utilisés pour diminuer l'expression du récepteur du PAF. La compréhension des mécanismes de la régulation négative du PAFR et de la signalisation induite par les agonistes inverses donneront des outils pour la mise en place de modèles généraux de la régulation du récepteur et faciliteront le développement de thérapies ciblant efficacement la signalisation du récepteur.--Résumé abrégé par UMI.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de récepteurs transmembranaires. Ils sont impliqués dans une large variété de processus physiologiques et par conséquent ils représentent une cible thérapeutique d'intérêt pour le développement de médicaments. Plusieurs études ont démontré que les RCPGs sont capables d'interagir entre eux pour former des complexes oligomériques. Cependant, leur existence in vivo et leur rôle fonctionnel reste sujet à débats. Afin de mieux appréhender ce phénomène, nous avons utilisé un RCPG de classe C comme modèle d'étude, le récepteur de l'acide γ-aminobutyrique (GABAB), qui est impliqué dans une grande variété de désordres neurologiques et psychiatriques. Son originalité réside dans le fait qu'il est un hétérodimère obligatoire composé de deux sous-unités : GABAB1 et GABAB2 (GB1 et GB2). La liaison de l'agoniste sur GB1 conduit à l'activation de GB2. Au cours de ma thèse, nous avons montré en utilisant une nouvelle approche biophysique basée sur un marquage fluorescent enzymatique appelé Snap-tag que, contrairement aux récepteurs métabotropiques du glutamate, le récepteur GABAB forme des dimères de dimères (tétramères). Cette organisation hétéro-oligomérique est assurée par des contacts stables entre les domaines extracellulaires des sous-unités GB1. De plus, nous avons apporté des données en faveur de l'existence physiologique de cet assemblage en utilisant des membranes de cerveau de rat et de souris. Dans une seconde partie, nous avons souhaité déterminer les conséquences fonctionnelles de cette organisation. Nos résultats suggèrent une efficacité de couplage à la protéine G réduite du récepteur GABAB lorsqu'il est associé en dimères de dimères. Collectivement, nos données rapportent pour la première fois, l'existence de larges complexes allostériques de RCPGs dans le cerveau. / The G-protein coupled receptors (GPCR) constitute the main family of transmembrane receptors. They are involved in many physiological processes and, as a consequence, they represent a therapeutic target of interest for the development of new drugs. Few studies have demonstrated that GPCRs are able to interact with each other to form oligomeric complexes. However, the existence in vivo and the functional interest of these oligomers remain a subject of intense debates. To address this issue, we have used a class C GPCR as a model, the γ-aminobutyrate B receptor (GABAB), which is involved in a wide variety of neurological and psychiatric disorders. This receptor has the particularity to be an obligatory heterodimer composed of two subunits GABAB1 and GABAB2 (GB1 and GB2). Agonist binding on GB1 leads to G-protein activation by GB2. During my thesis, we developed a new biophysical approach based on an enzyme-mediated fluorescent labeling calle d Snap-Tag and showed that, unlike metabotropic glutamate receptors, GABAB forms dimers of dimers (tetramers). This oligo-heterodimers organization is mediated via stable contacts between extracellular domains of GB1 subunits. Furthermore, we brought evidence of the physiological reality of this assembly using rat and mouse brain membranes. Then, we aimed at assessing what would be the functional rational of the GABAB dimer of heterodimers. Our results suggest that the GABAB receptor has a lower G protein-coupling efficacy when associated into dimers of dimers. Altogether, our data report for the first time, the existence of large allosteric GPCR complexes in the brain.

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire. / Anti-obesity therapies mostly focused on development of centrally-acting drugs, which also promote weight loss properties. Many studies have documented the relevance of neuroendocrine peptides in the hypothalamus and their influence on the regulation of energy balance. Some neuropeptides have been reported to be expressed and secreted by the adipose tissue where they modulate lipid metabolism, reflecting the importance between hypothalamus and adipose tissue. Among neuropeptides that regulate appetite, QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides) was reported to have hyperphagic properties associated with an increase of adipose mass over lean mass in mice. Both QRFP and its receptor GPR103 are expressed in the hypothalamus of many spices. However, whether QRFP peptides and its receptor are involved in peripheral lipid metabolism is still unknown. This thesis focused on the peripheral effects of QRFP and the role of its receptor on adipose tissue. The results presented here show that QRFP-43 and -26 have direct adipogenic effects on both 3T3-L1 adipocytes and isolated adipocytes from white adipose tissue (WAT). Indeed, we found that prepro-QRFP and the GPR103B receptor, which is one of the two GPR103 sub-types found in mice, are expressed in 3T3-L1 adipocytes and in WAT isolated adipocytes. When mice are fed with high-fat diet, prepro-QRFP expression was reduced whilst GPR103B was increased in different WAT. In human omental adipocytes, both prepro-QRFP and GPR103 are expressed. QRFP treatment on 3T3-L1 adipocytes inhibits isoproterenol (ISO) induced-lipolysis and promotes adipognesis trought fatty acid uptake and expression of key adipogenic transcription factors, PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) and C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha). The functionality of the GPR103B receptor was studied using short hairpin RNA to knock down its expression in 3T3-L1 adipocytes. Knockdown of GPR103B resulted in complete loss of QRFP peptides antilipolytic effects and fatty acid uptake. GPR103B signaling pathways in antilipolytic effects of QRFP-43 were investigated using 3T3-L1 adipocytes model. Stimulation of GRP103B induced PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B) pathway. QRFP-43 attenuates lipolysis by inhibiting ISO induced-phosphorylation of perilipin A (PLIN1a) and hormone sensitive lipase (HSL). Moreover, we have underscored the mechanisms of GPR103B mediating inhibition of PLIN1a in 3T3-L1 adipocytes. Activation of GPR103B prevents the translocation of caveolin 1 and the catalytic subunit of PKA induced by ISO on lipid droplets. This latter mechanism is the result of the inhibition of Src kinases and PKC induced by ISO following QRFP-43 treatment in 3T3-L1 adipocytes. In conclusion, the work conducted in this thesis demonstrates a new role of QRFP peptides and the receptor GPR103B as modulator of lipid metabolism in adipose tissue. We have also underscored GPR103B signaling pathways leading to inhibition of lipolysis in adipocytes.

L'expression anormale de récepteurs hormonaux couplés aux protéines Gs (RCPG) a été mise en évidence dans des tumeurs cortico-surrénaliennes. Ces récepteurs contrôlent la sécrétion du cortisol, mais leur rôle dans la formation tumorale n'a pas été démontré. Nous avons utilisé un modèle de tumorigenèse cortico-surrénalienne permettant l'expression des gènes de deux récepteurs, le GIPR et le LHR, dont l'implication dans les manifestations cliniques d'hypercortisolisme a été bien établie. La formation de tissus hyperprolifératifs et hyperfonctionnels, d'aspect tumoral bénin, démontre pour la première fois que l'expression ectopique d'un seul gène de RCPGs (le GIPR ou le LHR) a un rôle initiateur de la tumorigenèse cortico-surrénalienne. Nous avons également caractérisé in vivo et in vitro un cas clinique de syndrome de Cushing sensible aux catécholamines, secondaire à une hyperplasie surrénalienne où nous avons démontré la surexpression du récepteur β2-adrénergique. La sécrétion de cortisol était aussi dépendante d'autres médiateurs tels que la 5-HT, l'AVP et l'ACTH sécrété localement de façon ectopique. En conclusion, l'expression d'un RCPG suffit pour induire la formation d'une tumeur bénigne cortico-surrénalienne. Des anormalités mixtes peuvent être présentes dans ce type de tumeur. Ce modèle permettra d'étudier les étapes de progression tumorale cortico-surrénalienne ainsi que l'effet d'autres types de GPCR et les alternatives thérapeutiques dans ce type de pathologie.

Les canaux sensibles à l'ATP (KATP) résultent de l'association unique d'une protéine ABC (le récepteur des sulfonylurées, SUR) et d'un canal potassique rectifiant entrant (Kir6.x). Suite à la liaison de divers effecteurs (nucléotides, molécules pharmacologiques), SUR module l'activité de Kir6.x. Dans l'organisme, les canaux KATP lient le niveau énergétique de la cellule au potentiel membranaire. De ce fait, leur implication dans diverses fonctions physiologiques telles que la sécrétion pancréatique d'insuline ou le contrôle du tonus vasculaire en fait des cibles thérapeutiques. Ainsi, dans le cadre d'une collaboration, nous avons testé des composés (dérivés benzothiazine) sur le canal KATP. Quatre d'entre eux se sont avérés être des ouvreurs des canaux KATP. Nous avons également exploré l'effet de deux insecticides, l'amitraz et le diflubenzuron sur le canal KATP. En outre, dans une optique de généralisation du concept d'Ion Channel-Coupled Receptor (ICCR) mis au point par l'équipe, nous avons élaboré des biocapteurs reposant sur l'assemblage de récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) et Kir6.2. Cette association, inspirée par le canal KATP, est réalisée de telle manière que la fixation d'un ligand sur le GPCR entraîne la modulation de l'activité de Kir6.2. L'ingénierie moléculaire nous a permis de fusionner Kir6.2 aux récepteurs β2 adrénergique, dopaminergique D3, cannabinoïde 1 (CB1), des CC-chimiokines 2 et à l'opsine. La méthode de double-microélectrodes nous a permis d'identifier trois ICCR fonctionnels basés sur les récepteurs β2, D3 et CB1. Ces biocapteurs présentent des applications dans le cadre du criblage haut débit, la caractérisation fonctionnelle des GPCR ou la compréhension de la régulation de l'activité de Kir6.2.

La question se pose de l'existence de domaines membranaires permettant de regrouper les différentes protéines nécessaires à la transmission du signal par les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Nous avons donc analysé l'organisation dynamique du récepteur mu opioïde humain (hMOR) en relation avec ses paramètres pharmacologiques et les contraintes de son environnement. Après avoir vérifié la fonctionnalité de T7-EGFP-hMOR dans les SH-SY5Y, sa dynamique latérale a été étudiée par retour de fluorescence après photoblanchiment à rayon variable (FRAPrv) et par suivi de particule unique (SPT). A 22°C ces analyses ont révélé une double compartimentation des récepteurs : dans des domaines perméables de près de 1 µm de rayon et dans des domaines de rayon inférieur à 200 nm. De plus, près d'un tiers des récepteurs présente une diffusion dirigée. Les effets de la variation de température, de la déstabilisation du cytosquelette d'actine et du blocage de l'interaction protéine G/récepteur ont été observés afin de mieux comprendre l'origine de ces domaines. Bien que tous les paramètres qui y participent ne soient pas encore déterminés, les résultats indiquent que les protéines G ainsi que le cytosquelette influencent l'organisation membranaire de hMOR. La fixation d'antagonistes ne modifie pas la diffusion du récepteur. Au contraire celle des agonistes entraînent une diminution de la taille des domaines et un ralentissement des récepteurs en lien avec la transmission du signal et l'internalisation. Nos résultats soulignent l'importance de plusieurs paramètres sur l'organisation dynamique de hMOR et confortent l'intérêt de l'utilisation conjointe du FRAP et du SPT.